第十八章基因表达的调节Regulationofgeneexpression方案.ppt

* * 第十八章 基因表达的调节 Regulation of gene expression 主要内容： 主要讨论酶的调节 主讲老师：华南师范大学生命科学学院 　　　　　陈文利 代谢调节分为三类: 酶的调节 激素的调节 神经调节 其中酶的调节是最基本的调节方式，是一切调节的基础。 （一）酶的调节： 也称原初调节或原始调节。酶的调节是通过控制酶的浓度和酶的活性来调节酶促反应的速度和方向，也就是调节代谢的速度和方向。 关键酶（Key enzyme）： 往往是代谢途径的第一步反应的酶（a）或是分支代谢途径中分支点上的酶（b、c、f）或整个代谢途径中的限速酶或催化不可逆反应的酶（c） A B C D E F G a b c d f g 许多关键酶都是调节酶如别构酶、共价修饰酶、同工酶、多功能酶等。酶的调节主要是通过控制关键酶的浓度和活性来调节。 通过控制酶浓度的调节要牵涉到基因、mRNA、蛋白质的生物合成，所以这种调节是一种慢调节，在几小时或几天内才能完成。 另一种通过调节酶活性，这是快速调节，在几分钟到几十分钟内完成。 1. 酶浓度的调节： 酶浓度的调节 诱导 阻遏 终产物的阻遏 分解代谢产物阻遏 诱导作用（induction）： 指用诱导物（inducer）来促进酶的合成，这种作用称诱导作用。 阻遏作用（repression）： 指用阻遏物（repressor）阻止或降低酶的合成，这种作用称阻遏作用。 （1）酶合成的诱导作用： 在细菌中普通存在，如大肠杆菌可利用多种糖作为碳源，当用乳糖作为唯一碳源时，开始细菌不能利用乳糖，但2～3分钟后就合成了与乳糖代谢有关的三种酶 （1）β—半乳糖苷酶：水解乳糖的酶，使乳糖水解成 半乳糖和葡萄糖 （2）β-半乳糖透性酶：促使乳糖通过细胞膜。 （3）β-半乳糖苷转乙酰基酶（硫代半乳糖苷转乙 酰基酶）：这酶的功能不清，可能是将不能 代谢的乳糖类似物乙酰化，并将它们排出体 外。 这里乳糖是诱导物、诱导了这三种酶的合成，这三种酶就是诱导酶。 乳糖究竟如何诱导了这三种酶的合成呢？ 1961年法国Monod和Jacob提出了著名的乳糖操纵子(lactose operon）模型，这模型的提出犹如当年Watson和Crick发现DNA双螺旋模型一样，受到人们的重视，人们把它看作生物学的第二个里程碑。 乳糖操纵子模型的基本要点： 调节基因 启动子 操纵基因 结构基因 A 操纵子（operon） B C 一群功能相关的结构基因相邻，并且共同受同一个操纵基因和启动子所控制。 一群功能相关的结构基因（structural gene）和操纵基因（operator）、启动子（promoter）组成了一个操纵子(operon) 。 为什么称它们为一个操纵子呢？因为它们又共同受一个调节基 因（regulator gene）所调节。 结构基因：决定酶蛋白或蛋白质的基因。 操纵基因：转录的开关，可打开或关闭结构基因的转录。 启动子：专管转录起始，上面有RNA聚合酶的结合位点。 调节基因：为阻遏蛋白编码。 酶合成的诱导：诱导物：乳糖或乳糖类似物IPTG（异丙基β-D-硫代半乳糖苷） 现在知道乳糖操纵子除需诱导物外，还需cAMP和cAMP受体蛋白（CRP），当cAMP与CRP结合成复合物时，这复合物能结合到启动子上，促使转录的起始。 结构基因 操纵基因 启动子 RNA 聚合酶 CRP cAMP 复合物 CRP ＋ cAMP （2）酶合成的阻遏作用 ①最终产物的阻遏： 以E.Coli Trp操纵子为例，Trp操纵子含有5个结构基因，它们编码的酶蛋白催化分支酸转变为Trp，Trp是辅助遏物（corepressor）。 酶合成的阻遏作用 利用操纵子模型解释酶合成的诱导和阻遏，但要注意操纵子仅仅存在于原核细胞，操纵子的调控是原核细胞转录水平的调控。真核细胞中没有操纵子，即真核细胞中功能上彼此有关的基因往往分布在不同染色体上，它们并不组成一个操纵子。 ②分解代谢产物的阻遏： E.Coli以乳糖为唯一碳源时，乳糖可诱导与乳糖有关的三种酶的合成，但如果培养基中既含葡萄糖，又含乳糖时，则优先利用Glc，等Glc耗尽后才能利用乳糖，也就是说在大量Glc时，乳糖操纵子还是关闭，Glc阻遏了乳糖代谢有关的三种酶的合成，这种现象过去称为葡萄糖效应（glucose effect）。